孔祥峰，劉俊陽(yáng)

(1.南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210031；2.中車長(zhǎng)春軌道客車股份有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130062)

1 引言

動(dòng)車組列車制動(dòng)是人為利用制動(dòng)力使得列車減速、停車、阻止其運(yùn)動(dòng)或者加速的系統(tǒng)，是列車安全運(yùn)行的保障，也是動(dòng)車組技術(shù)的關(guān)鍵組成部分。制動(dòng)故障，占動(dòng)車組發(fā)生故障總數(shù)的一半以上，應(yīng)引起足夠的重視。發(fā)生制動(dòng)故障不但會(huì)造成動(dòng)車組途中停車晚點(diǎn)，如果處理不得當(dāng)還會(huì)導(dǎo)致動(dòng)車組救援，嚴(yán)重影響運(yùn)輸秩序，只有準(zhǔn)確地對(duì)動(dòng)車組的制動(dòng)故障進(jìn)行判斷，及時(shí)排除故障，才能減少動(dòng)車組途中停車，避免對(duì)運(yùn)輸秩序的干擾。

2 壓力開關(guān)工作原理

該動(dòng)車組采用的壓力開關(guān)內(nèi)有3個(gè)觸點(diǎn)(如圖1所示)，制動(dòng)緩解狀態(tài)下，推桿在彈簧力作用下推動(dòng)微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，常閉觸點(diǎn)2和1導(dǎo)通，向TCMS輸出低電平信號(hào)；制動(dòng)施加狀態(tài)時(shí)，壓縮空氣推動(dòng)隔膜及推桿，使微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，常開觸點(diǎn)3和1導(dǎo)通，此時(shí)向TCMS輸出高電平信號(hào)。

圖1 壓力開關(guān)參數(shù)及工作原理圖

3 軸制動(dòng)壓力開關(guān)故障分析

3.1 問題描述

2020年4月以來(lái)，某動(dòng)車組運(yùn)行過程中共發(fā)生6起壓力開關(guān)B20.08、B20.09故障，具體如表1所示。

表1 壓力開關(guān)B20.08、B20.09故障統(tǒng)計(jì)

3.2 故障原因分析

上述6起壓力開關(guān)故障，故障現(xiàn)象均為動(dòng)車組在制動(dòng)狀態(tài)下，TD屏顯示某軸制動(dòng)是未施加，而制動(dòng)缸壓力顯示該軸制動(dòng)為正常施加狀態(tài)，故障現(xiàn)象在TD屏上的顯示如圖2所示。

圖2 TD屏狀態(tài)圖標(biāo)顯示制動(dòng)未施加而制動(dòng)缸壓力顯示制動(dòng)為正常施加狀態(tài)

動(dòng)車組制動(dòng)缸壓力檢測(cè)是由壓力開關(guān)B20.08、B20.09和壓力傳感器B20.06、B20.07采集的，位置如圖3所示。

圖3 氣路原理圖

其中壓力開關(guān)B20.08監(jiān)測(cè)1軸和4軸的制動(dòng)缸壓力，B20.09監(jiān)測(cè)2軸和3軸的制動(dòng)缸壓力，并將制動(dòng)施加、緩解狀態(tài)發(fā)送給TCMS。

壓力傳感器B20.06和B20.07將采集的制動(dòng)缸壓力傳輸給BCU，BCU處理后將制動(dòng)缸壓力數(shù)值傳輸給TCMS并通過TD屏進(jìn)行查看。

通過制動(dòng)缸壓力和現(xiàn)車實(shí)際狀態(tài)可確認(rèn)，上述6起故障的原因是壓力開關(guān)故障，導(dǎo)致發(fā)送給TCMS的電信號(hào)狀態(tài)錯(cuò)誤，從而在TD屏上顯示的狀態(tài)與其他軸及制動(dòng)缸實(shí)際壓力均不一致。根據(jù)上述的壓力開關(guān)工作原理，結(jié)合現(xiàn)象為施加狀態(tài)(制動(dòng)缸壓力上升)時(shí)出現(xiàn)故障，可進(jìn)一步推斷故障是在壓力開關(guān)觸點(diǎn)1和3接觸時(shí)出現(xiàn)的。

3.3 試驗(yàn)測(cè)試

故障壓力開關(guān)在試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試結(jié)果如下:

(1)當(dāng)風(fēng)壓下降至0.3bar左右時(shí)達(dá)到壓力開關(guān)的切換壓力，開關(guān)信號(hào)瞬間切換，試驗(yàn)臺(tái)L2燈常亮(如圖4所示)，測(cè)試功能正常；

圖4 壓力下降開關(guān)正常切換

(2)當(dāng)風(fēng)壓上升，至0.37bar時(shí)故障壓力開關(guān)信號(hào)切換，觸點(diǎn)1和3接通，試驗(yàn)臺(tái)L4燈本應(yīng)常亮，但實(shí)際L4燈出現(xiàn)閃爍、虛亮等輸出信號(hào)不穩(wěn)定的現(xiàn)象(如圖5所示)，證明1和3觸點(diǎn)之間存在虛接現(xiàn)象。

圖5 故障壓力開關(guān)燈虛亮、閃爍

3.4 故障件拆解檢查

對(duì)故障件進(jìn)行拆解，發(fā)現(xiàn)壓力開關(guān)電氣轉(zhuǎn)換模塊內(nèi)的觸點(diǎn)3表面有“深色斑點(diǎn)”，如圖6所示。

圖6 故障壓力開關(guān)電氣觸點(diǎn)

試驗(yàn)室對(duì)壓力開關(guān)金屬觸點(diǎn)接觸面上的“深色斑點(diǎn)”進(jìn)行了檢驗(yàn)。

檢驗(yàn)方法:依據(jù)GB/T 17359－2012?電子探針和掃描電鏡X射線能譜定量分析通則?標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)樣品進(jìn)行SEM＆EDS(掃描電子顯微鏡)分析。

檢驗(yàn)結(jié)果:在金屬觸點(diǎn)上檢測(cè)出硅元素，如圖7所示。

圖7 第三方檢測(cè)結(jié)果顯示觸點(diǎn)上的“深色斑點(diǎn)”含硅元素

為調(diào)查硅氧化物的來(lái)源，對(duì)壓力開關(guān)工作環(huán)境及本身零部件中含有硅成分的材料進(jìn)行篩查。軸制動(dòng)壓力開關(guān)組成零部件按成分可分為四部分:金屬、塑料、橡膠、油脂，壓力開關(guān)組成零部件分解圖如圖8所示。通過各零部件成分篩查，僅橡膠隔膜中含硅，其他金屬部件、塑料外殼以及油脂均不含硅以及硅的氧化物。

圖8 T003F－K軸制動(dòng)壓力開關(guān)分解圖

對(duì)橡膠隔膜進(jìn)行SEM＆EDS(掃描電子顯微鏡)分析，分析結(jié)果:隔膜中含硅元素，如圖9所示。

圖9 壓力開關(guān)隔膜含硅

3.5 總結(jié)

(1)通過故障分析以及測(cè)試結(jié)果表明故障原因是壓力開關(guān)觸點(diǎn)3表面存在硅的氧化物，阻礙電流導(dǎo)通，導(dǎo)致電路虛接，造成TD屏誤顯示軸制動(dòng)未施加的故障現(xiàn)象；

(2)壓力開關(guān)觸點(diǎn)3接通的是高電平電源，因此硅的氧化物形成可能與電流作用有關(guān)；

(3)通過成分篩查，僅壓力開關(guān)中的隔膜中含硅；

(4)通過各平臺(tái)壓力開關(guān)產(chǎn)品對(duì)比，該動(dòng)車組的T003F－K型壓力開關(guān)采用的是－50℃的耐低溫硅橡膠隔膜。

壓力開關(guān)工作介質(zhì)以及內(nèi)部零部件的成分中僅隔膜屬于耐低溫硅橡膠材質(zhì)，隔膜中含有的硅成分在電流作用下，在3號(hào)觸點(diǎn)表面形成硅的氧化物，并阻礙電流導(dǎo)通，導(dǎo)致電路虛接，造成TD屏誤顯示軸制動(dòng)未施加的故障現(xiàn)象。

4 整改措施

為保障現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)需要，首先使用周轉(zhuǎn)件對(duì)現(xiàn)場(chǎng)該型號(hào)動(dòng)車組壓力開關(guān)B20.08、B20.09進(jìn)行試驗(yàn)臺(tái)檢測(cè)篩選，將出現(xiàn)信號(hào)延遲、虛接的壓力開關(guān)替換為合格產(chǎn)品。

為徹底消除此類故障的發(fā)生，對(duì)問題型壓力開關(guān)進(jìn)行整改，研發(fā)新型不含硅的壓力開關(guān)，取代故障產(chǎn)品，新型壓力的隔膜采用碳纖維材質(zhì)，完全不含硅成分。目前新型壓力開關(guān)已完成產(chǎn)品驗(yàn)證，計(jì)劃在6組該型動(dòng)車組上試裝，并進(jìn)行30萬(wàn)公里運(yùn)用考核。已在運(yùn)行的6組車上完成新型壓力開關(guān)的試裝，效果良好。